TW201603915A - 工具機、產業機械本體之應用雙層雙金屬鑄件及其鑄造方法 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種工具機、產業機械本體之應用雙層雙金屬鑄件及其鑄造方法，主要是透過二種不同金屬材料之應用，使其鑄件在保有減降機械噪音及高吸震力的優異性能外，更能兼具結構強度、精密度及使用壽命的提昇者；其主要係依模具的模穴規劃而製設有第一澆道及第二澆道，其中該第一澆道的注口乃銜設於模穴的下部位置，而第二澆道的注口則銜設於模穴的上部位置，據以在將定量之高強度、高硬度的第一金屬材料由第一澆道的澆口注入，並由其注口填注於模穴的下部位置，而在其第一金屬材料呈半凝固狀態下，將高吸震力的第二金屬材料自第二澆道的澆口注入，並由其注口填注於模穴的上部位置，使其充滿模穴的其餘部份，待二者完全冷卻凝固鑄合而脫模後，即得製成一雙層雙金屬鑄件，並得保有各金屬的材料特性達以相輔相成，有效解決習知單一材料鑄件在產業運用上所面臨之問題與缺失，達極佳之產業利用價值者。

Description

工具機、產業機械本體之應用雙層雙金屬鑄件及其鑄造方法

本發明係關於一種工具機、產業機械本體之應用雙層雙金屬鑄件及其鑄造方法，主要是為解決習知單一金屬材料鑄件在噪音減降、吸震效能與結構強度、使用壽命等，各方面難以取得良好協調與平衡所衍生之諸多問題與缺失，據以透過二種金屬材料之運用，使其在保有吸震、減噪的效能外，更能兼具其結構強度、使用壽命等之提昇，以賦予更佳之產業利用價值者。

按，目前之工具機或產業機械的機械本體製造上，通常係採FC灰口鑄鐵來鑄造其鑄件，在其鑄造作業上，請參閱第1、2圖所示，主要是採上模(1)、下模(2)進行模鑄作業，於上模(1)、下模(2)間依所欲成型之鑄件型態而製設有相應之模穴(3)，並設有一條或一條以上之澆道(4)貫通於模穴(3)預定位置，令前述澆道(4)於上模(1)頂部成型一個或一個以上的澆口(5)，藉以透過該等澆口(5)將高溫液態的FC灰口鑄鐵注入澆道(4)，在填注充滿前述的模穴(3)中，待FC灰口鑄鐵冷卻凝固而硬化後，即可進行脫模作業，完成FC灰口鑄鐵注件之製造成型。

此類鑄件採用FC灰口鑄鐵鑄造的目的，主要是因為FC灰 口鑄鐵具有極佳之吸震能力，可以達到減低運轉中之馬達的震動作用，所以製成的鑄件能有效降低機械噪音及減少震動現象，相對地將能提昇其機械作業的精密度，然而卻存在有以下缺失：

(1)FC灰口鑄鐵的抗拉強度通常僅有25-35kg/mm，其強度比任何鋼材都差，所以必需以加厚、加重來提高其抗拉強度。

(2)若欲要將FC灰口鑄鐵鑄件的抗拉強度提高至35kg/mm以上，則其材質將會產生應力形變，其變形度提高將導致其精密度降低，亦即FC灰口鑄鐵的材質應力及變形度愈大，則其吸震能力就愈差，相對地噪音也愈大，同時機械作業的精密度也就降低。

(3)因為FC灰口鑄鐵的硬度通常為毛胚硬度HB160~220，經加工焠火後為HRC45~53度左右，但FC灰口鑄鐵在金相顯微鏡下為片狀石墨，在高溫焠火下容易產生龜裂，而造成鑄件的結構瑕疵，影響其機械的精密度，導致使用壽命降低。

即，現有的FC灰口鑄鐵鑄件應用在工具機或產業機械本體方面，固具有較佳之吸震與減噪效能，但卻有強度、硬度不足、焠火後易龜裂，衍生其機械精密度、使用壽命方面的缺失，嚴重影響其產業利用價值，自有必要設法加以解決改善者。

有鑑於現有工具機、產業機械本體採單一FC灰口鑄鐵鑄造所存在結構強度、硬度及精密度不足等缺失，發明人特著手研發改良，基於其從事相關行業之多年經驗與技術，期能在吸震、減噪的效能外，對於鑄件的強度、硬度及機械精密度、使用壽命方面，予以進一步的提昇與改 善者。

為了使工具機、產業機械本體的鑄件能保有原來的吸震、減噪效能外，更能提昇其作業部位的結構強度、硬度與精密度，同時延長其使用壽命，本發明乃嘗試將二種不同特性的金屬材料運用於同一鑄件的鑄造上，使構成一雙層雙金屬的鑄件，令其鑄件主要部份採吸震、減噪效能較佳之金屬材料製成，而其作業部則採高強度、高硬度金屬材料製成，從而能整合二種金屬材料的優點，以解決習知單一金屬材料鑄件之缺失者。

本發明所研發之雙層雙金屬鑄件運用在工具機、產業機械本體方面，透過不同特性之金屬材料搭組，除了能保有機械的吸震與減降噪音能力外，更能提昇其結構強度與硬度，以確保機械的作業精密度與使用壽命，可徹底解決習知單一材料無法在吸震、減噪與結構強度、精密度方面取得良好協調與平衡之問題與缺失者。

(1)‧‧‧上模

(2)‧‧‧下模

(3)‧‧‧模穴

(4)‧‧‧澆道

(5)‧‧‧澆口

(10)‧‧‧上模

(20)‧‧‧下模

(30)‧‧‧模穴

(40)‧‧‧第一澆道

(41)‧‧‧注口

(42)‧‧‧澆口

(50)‧‧‧第二澆道

(51)‧‧‧注口

(52)‧‧‧澆口

(60)‧‧‧橫向澆道

(70)‧‧‧第一金屬材料

(80)‧‧‧第二金屬材料

第1圖：係習知鑄件鑄造作業之一較佳結構關係示意圖。

第2圖：係習知鑄件鑄造作業之另一較佳結構關係示意圖。

第3圖：係本發明鑄件鑄造作業之較佳結構關係示意圖。

第4圖：係本發明鑄件鑄造作業於第一金屬材料注入狀態下之結構關係示意圖。

第5圖：係本發明鑄件鑄造作業於第二金屬材料注入狀態下之結構關係示意圖。

有關於本發明之結構組成、技術手段及功效達成方面，謹配合圖式再予舉例進一步具體說明於后：請參閱第3~5圖所示，本發明為了達成工具機、產業機械本體之雙層雙金屬鑄件的鑄造，在其鑄造模具的設計上，基本上仍是沿襲上模(10)、下模(20)閉模鑄造型態，於其上模(10)、下模(20)內部依欲鑄造之鑄件的型態而規劃製設有模穴(30)，且在模穴(30)規劃上，乃使鑄件的作業部呈倒置型態設於模穴(30)下部，同時於上模(10)、下模(20)對接規劃製設有第一澆道(40)及第二澆道(50)，其中該第一澆道(40)的注口(41)乃銜設於模穴(30)的下部位置，而第二澆道(50)的注口(51)則銜設於模穴(30)的上部位置，且第二澆道(50)的注口(51)位置乃必須高於鑄件作業部所需的基本高度以上，又第一澆道(40)與第二澆道(50)於上模(10)頂部分別製設有澆口(42)(52)，另視前述模穴(40)的型態而製設有至少一道或一道以上的橫向澆道(60)，依此構成其鑄造模具的基本結構型態；而在其鑄件的鑄造作業上，乃包含以下步驟：(1)選擇具有較FC灰口鑄鐵具有更高強度、硬度的鋼鐵材質作為第一金屬材料(70)，其可選用抗拉強度60~100kg/mm、焠火後硬度為HRC54~62之FCD球墨鑄鐵，經計算出鑄件作業部所需要之重量並以澆缽(Ladle)等量具過磅之後，將液化之第一金屬材料(70)自第一澆道(40)的澆口(42)注入(澆注溫度約1300℃~1450℃)，使第一金屬材料(70)經第一澆道(40)的注口(41) 配合橫向澆道(60)而填注於模穴(30)的下部，且該第一金屬材料(70)的最高填注高度不得高於第二澆道(50)的注口(51)；(2)當第一金屬材料(70)澆注完成後，靜待預定時間(約5至50分鐘，視選用材質及鑄件重量、厚度而定)，使其降溫至300℃~600℃，令第一金屬材料(70)冷卻呈半凝固狀態；(3)選擇具有較佳吸震能力之金屬做為第二金屬材料(80)，可選用一般之FC灰口鑄鐵，將液化之第二金屬材料(80)自第二澆道(50)的澆口(52)注入，使第二金屬材料(80)經第二澆道(50)的注口(51)而填注於模穴(30)的上部，且使該第二金屬材料(80)與第一金屬材料(70)充份分層並鑄合成一體；(4)待上部的第二金屬材料(80)完全冷確凝固後，即可進行開模作業，將完成鑄造之鑄件粗胚自模穴(30)中取出，再進行後續的噴砂、拋光、去毛邊等後處理作業，完成鑄件之製造；在上揭之鑄造作業中，為了取得第一金屬材料(70)與第二金屬材料(80)的理想鑄合關係，於該第一金屬材料(70)進行澆注前，乃必須將其內部可能摻含之渣質予以完全瀝除，避免在第一金屬材料(70)澆注於模穴(30)下部等待半凝固的過程中，會有渣質浮於表面而影響第一金屬材料(70)與第二金屬材料(80)的鑄合效果，且在該第二金屬材料(80)澆注前，乃必須確保第一金屬材料(70)已冷卻至半凝固狀態，否則第一金屬材料(70)與第二金屬材料(80)將會混成一種材料，無法達成雙層雙金屬材料的作用與功能，當然也不能等到第一金屬材料(70)完全凝固後才澆注第二金屬材料(80)，否則第一金屬 材料(70)與第二金屬材料(80)將無法充分鑄合成一體之雙層雙金屬材料；而經由上揭鑄造工法製成的雙層雙金屬鑄件，因其主體仍係採吸震能力的第二金屬材料(80)(如：FC灰口鑄鐵)為材料，所以可保有其較佳的吸震、減噪效果，甚至得選用抗拉強度25kg/mm至30kg/mm以下的FC灰口鑄鐵以取得更高的吸震效能，而透過將鑄件作業部位改選用具較佳結構強度及硬度之第一金屬材料(70)(如：抗拉強度為60kg/mm或100kg/mm之FCD球墨鑄鐵)為材料，則可賦予更佳之結構強度與硬度，相對地可提昇其精密度與使用壽命；換言之，經本發明在工具機、產業機械本體鑄件採雙層雙金屬材料鑄造，乃具有以下優點：(1)因機械之馬達運轉所產生的震動被第二金屬材料(FC灰口鑄鐵)所充份吸收，所以震動頻率降低，相對地可有效減降噪音；(2)因馬達震動力量被有效吸收，所以機械的運轉更為穩定，可大幅提昇其作業精密度，相對地得以改善其作業效率與產能；(3)因鑄件的表面(作業部位)採硬度更高的第一金屬材料(FCD球墨鑄鐵)製造，所以結構強度及硬度更高，耐磨性也大幅提昇，相對地作業上也更為穩定，精密度也愈高；(4)因鑄件作業部位的強度、硬度與耐磨度提昇，所以在作業的穩定性與精密度也獲得提昇，更耐操作與耐用，所以整體的使用壽命也得以延長；總結以上說明，可知本發明針對現有工具機、產業機械本體鑄件採單 一材料製造所面臨及衍生之問題與缺失，透過其創新的鑄造技術，配合模具的規劃設計與材料的選用，製成一種雙層雙金屬的鑄件，使其兼具有高吸震、減噪、高強度、高硬度及高精密度效能，從而提昇其整體作業效率與使用壽命，賦予更佳之產業利用性與實用價值，整體而言，誠不失為一優異、突出之創新發明，依法提出發明專利申請。

(10)‧‧‧上模

(20)‧‧‧下模

(30)‧‧‧模穴

(40)‧‧‧第一澆道

(41)‧‧‧注口

(42)‧‧‧澆口

(50)‧‧‧第二澆道

(51)‧‧‧注口

(52)‧‧‧澆口

(60)‧‧‧橫向澆道

Claims (10)

1. 一種工具機、產業機械本體之應用雙層雙金屬鑄件及其鑄造方法，主要設具有上模、下模所閉模構成的鑄造模具，於其上模、下模內部依欲鑄造之鑄件的本體及作業部型態而規劃製設有相應的模穴；其特徵在於：所述的上模、下模乃對接規劃製設有第一澆道及第二澆道，其中該第一澆道的注口乃銜設於模穴的下部位置，而第二澆道的注口則銜設於模穴的上部位置，又第一澆道與第二澆道於上模頂部分別製設有澆口，使其得以由第一澆道的澆口與第二澆道的澆口分次分層地澆注不同金屬材料，使不同金屬材料經第一澆道的注口與第二澆道的注口分次分層地填注於模穴的下部、上部，以鑄合成型雙層雙金屬鑄件者。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之工具機、產業機械本體之應用雙層雙金屬鑄件及其鑄造方法，其中所述的模穴規劃上，乃使鑄件的作業部呈倒置型態設於模穴下部者。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之工具機、產業機械本體之應用雙層雙金屬鑄件及其鑄造方法，其中所述模穴的第二澆道的注口位置，乃必須高於鑄件作業部所需的基本高度以上者。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之工具機、產業機械本體之應用雙層雙金屬鑄件及其鑄造方法，其中所述的模穴乃得視其型態而製設有至少一道或一道以上的橫向澆道者。
5. 一種工具機、產業機械本體之應用雙層雙金屬鑄件及其鑄造方法，其鑄造作業主要在於：(1)選擇具有高強度、硬度的材料作為第一金屬材料，經計算出鑄件 作業部所需之重量並予過磅後，將液化之第一金屬材料自第一澆道的澆口注入，使第一金屬材料經第一澆道的注口而填注於模穴的下部；(2)當第一金屬材料澆注完成後，靜待預定時間降溫冷卻而呈半凝固狀態；(3)選擇具有較佳吸震能力之金屬作為第二金屬材料，將液化之第二金屬材料自第二澆道的澆口注入，使第二金屬材料經第二澆道的注口而填注於模穴的上部，且使該第二金屬材料與第一金屬材料充份分層並鑄合成一體；(4)待上部的第二金屬材料完全冷卻凝固後，即可進行開模作業，將完成鑄造之鑄件粗胚自模穴中取出，再進行噴砂、拋光、去毛邊的後處理作業，即完成雙層雙金屬鑄件之製造。
6. 依據申請專利範圍第5項所述之工具機、產業機械本體之應用雙層雙金屬鑄件及其鑄造方法，其中該第一金屬材料的最高填注高度不得高於第二澆道的注口。
7. 依據申請專利範圍第5項所述之工具機、產業機械本體之應用雙層雙金屬鑄件及其鑄造方法，其中該第一金屬材料可選用抗拉強度60~100kg/mm、焠火後硬度為HRC54~62之FCD球墨鑄鐵，而第二金屬材料則可選用抗拉強度25~30kg/mm以下的FC灰口鑄鐵者。
8. 依據申請專利範圍第5項所述之工具機、產業機械本體之應用雙層雙金屬鑄件及其鑄造方法，其中該第一金屬材料澆注溫度在1300℃~1450℃，並經靜待5至50分鐘以降溫至300℃~600℃，使之呈半凝固型態者。
9. 依據申請專利範圍第5項所述之工具機、產業機械本體之應用雙層雙金屬鑄件及其鑄造方法，其中該第一金屬材料進行澆注前，乃必須將其內部可能摻含之渣質予以完全瀝除，避免在第一金屬材料澆注於模穴下部等待半凝固的過程中，會有渣質浮於表面而影響第一金屬材料與第二金屬材料的鑄合效果者。
10. 依據申請專利範圍第5項所述之工具機、產業機械本體之應用雙層雙金屬鑄件及其鑄造方法，其中該第二金屬材料一定要在第一金屬材料呈半凝固狀態下進行澆注，而不得在第一金屬材料未凝固或完全凝固狀態下進行澆注者。